一种GIS设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置的制作方法

一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置
技术领域
1.本实用新型涉及电气领域，尤其涉及一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置。


背景技术：

2.气体绝缘全封闭组合电器(gis)是电网中的重要设备。gis设备在设计、制造、运输和安装等过程中可能存在金属突出物、绝缘子缺陷、自由电导微粒和悬浮点电位等缺陷，这些缺陷会引发gis设备内部局部放电、过热等故障，导致六氟化硫气体(sf6)与设备内部固体材料、水分以及其他杂质发生化学反应并产生氟化硫酰(so2f2)、氟化亚硫酰(sof2)、二氧化硫(so2)、硫化氢(h2s)、氟化氢(hf)、四氟化碳(cf4)、一氧化碳(co)等气体。所以，准确检测上述气体成分及含量，可提前判断并掌握gis设备内部故障类型及发展程度，对提升gis设备运维水平、保障电网安全稳定运行具有重要意义。
3.目前常用的方法包括气相色谱法、电化学传感器法、气体检测管法、和红外光谱法，气相色谱法、电化学传感器法、气体检测管法、和红外光谱法存在检测时间长、检测过程复杂、抗干扰能力弱、气体交叉敏感、灵敏度低、无法实现原位检测等缺点，难以支撑gis设备的高效检修。
4.因此，如何设计一种检测时间短、检测过程简单、抗干扰能力强和灵敏度高的gis设备分解气体检测装置成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置，以解决现有装置检测时间长、检测过程复杂、抗干扰能力弱、气体交叉敏感、灵敏度低、无法实现原位检测的问题。
6.本实用新型提供了一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置，包括光纤取气单元、拉曼光谱信号检测单元、数据处理单元和通信/报警单元，其中：
7.所述光纤取气单元与gis设备连接；
8.所述光纤取气单元位于所述拉曼光谱信号检测单元的上方；
9.所述数据处理单元通过所述数据传输线与所述拉曼光谱信号检测单元连接；
10.所述通信/报警单元通过所述通信线与所述数据处理单元连接。
11.可选择的，所述光纤取气单元包括空芯光纤和气密法兰盘，所述空芯光纤的一端插装于gis设备内；
12.所述空芯光纤的另一端插装于所述气密法兰盘内；
13.所述气密法兰盘与gis设备连接。
14.可选择的，所述拉曼光谱信号检测单元包括激光器、二向分色镜、第一反射镜、聚焦镜、第二反射镜、激光滤光片、拉曼光谱仪和ccd和光路配件，其中：
15.所述聚焦镜位于所述气密法兰盘的正下方；
16.所述第一反射镜位于所述聚焦镜的正下方，所述第一反射镜的反射面朝向所述聚焦镜；
17.所述二向分色镜位于所述第一反射镜的右侧，所述二向分色镜的镜面朝向所述第二反射镜，所述二向分色镜通过所述光路配件与所述第一反射镜连接；
18.所述激光器位于所述二向分色镜的正下方；
19.所述第二反射镜位于所述二向分色镜的右侧，所述第二反射镜的反射面朝向所述二向分色镜；
20.所述激光滤光片位于所述第二反射镜的上方，所述拉曼光谱仪位于所述激光滤光片的上方，所述ccd设置于所述拉曼光谱仪上，所述ccd通过数据传输线与数据处理单元连接。
21.可选择的，所述数据处理单元为数据处理器，所述数据处理器通过数据传输线与ccd连接。
22.可选择的，所述通信/报警单元为自动报警器，所述自动报警器通过所述通信线与所述数据处理器连接。
23.可选择的，所述气密法兰盘包括气密法兰盘本体、窗口镜、压紧式密封垫、压紧式密封圈和螺纹钉，其中：
24.所述气密法兰盘本体通过所述螺纹钉与gis设备连接，所述气密法兰盘本体与gis设备连接处设置有所述压紧式密封垫；
25.所述窗口镜通过所述压紧式密封圈设置于所述气密法兰盘本体的中部；
26.所述空芯光纤的一端与穿过所述气密法兰盘本体后与所述窗口镜连接，所述空芯光纤的另一端穿入至gis设备内。
27.本实用新型提供了一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置，包括光纤取气单元、拉曼光谱信号检测单元、数据处理单元和通信/报警单元，本实用新型利用光纤取气单元连通gis设备与气体检测部分，利用光纤取气单元作为取气样品气室和传感元件，抗电磁干扰能力强，光纤取气单元可大大提高气体自由扩散进入光纤取气单元的速率，利用拉曼光谱信号检测单元获取气体拉曼光谱，光纤取气单元通过提高激光与气体有效作用路径长度、气体拉曼散射光收集效率，提高气体拉曼光谱检测灵敏度，根据特征拉曼峰的频移与强度确定气体成分与含量，并结合相关规定对气体(六氟化硫)绝缘全封闭组合电器(gis)的运行状态进行评估，如果检测出故障，通过通信/报警单元进行报警，本实用新型通过将光纤技术与拉曼光谱技术结合，使得该装置结构简单，检测时间短。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本实用新型提供的一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置的结构示意图；
30.图2为本实用新型提供的一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置的气密法兰盘的结构示意图。
31.图示说明：
32.其中，1-激光器；2-二向分色镜；3-第一反射镜；4-聚焦镜；5-空芯光纤；6-第二反射镜；7-激光滤光片；8-拉曼光谱仪；9-ccd；10-数据处理器；11-自动报警器；12-数据传输线；13-光路配件；14-通信线；15-气密法兰盘；16-气密法兰盘本体；17-窗口镜；18-压紧式密封垫；19-紧式密封圈；20-螺纹钉。
具体实施方式
33.下面结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
35.参见图1，本实用新型提供了一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置，包括光纤取气单元、拉曼光谱信号检测单元、数据处理单元和通信/报警单元，其中：
36.所述光纤取气单元与gis设备连接；
37.所述光纤取气单元位于所述拉曼光谱信号检测单元的上方；
38.所述数据处理单元通过所述数据传输线12与所述拉曼光谱信号检测单元连接；
39.所述通信/报警单元通过所述通信线14与所述数据处理单元连接。
40.可选择的，所述光纤取气单元包括空芯光纤5和气密法兰盘15，所述空芯光纤5的一端插装于gis设备内，gis设备内的气体会缓慢进入所述空芯光纤5，空芯光纤5作为取气样品气室和传感元件，空芯光纤5抗电磁干扰、电绝缘性强、长期稳定性高，空芯光纤5通过提高激光与气体有效作用路径长度、气体拉曼散射光收集效率，提高气体拉曼光谱检测灵敏度；
41.空芯光纤5侧壁钻有微米级别孔洞，可大大提高气体自由扩散进入光纤纤芯的速率；
42.所述空芯光纤5的另一端插装于所述气密法兰盘15内；
43.所述气密法兰盘15与gis设备连接。
44.可选择的，所述拉曼光谱信号检测单元包括激光器1、二向分色镜2、第一反射镜3、聚焦镜4、第二反射镜6、激光滤光片7、拉曼光谱仪8和ccd9和光路配件13，其中：
45.所述聚焦镜4位于所述气密法兰盘15的正下方；
46.所述第一反射镜3位于所述聚焦镜4的正下方，所述第一反射镜3的反射面朝向所述聚焦镜4；
47.所述二向分色镜2位于所述第一反射镜3的右侧，所述二向分色镜2的镜面朝向所述第二反射镜6，所述二向分色镜2通过所述光路配件13与所述第一反射镜3连接；
48.所述激光器1位于所述二向分色镜2的正下方，二向分色镜2可高效反射激光，并高效投射气体拉曼散射光；
49.所述第二反射镜6位于所述二向分色镜2的右侧，所述第二反射镜6的反射面朝向
所述二向分色镜2；
50.所述激光滤光片7位于所述第二反射镜6的上方，所述拉曼光谱仪8位于所述激光滤光片7的上方，所述ccd9设置于所述拉曼光谱仪8上，所述ccd9通过数据传输线12与数据处理单元连接，拉曼光谱快速、选择性强、灵敏度高的优势，特别适合在大电流环境中和长期检测变压器油中溶解气体，将拉曼光谱技术与空芯光纤5结合使用，实现gis设备分解气体的快速准确检测；
51.拉曼光谱信号检测单元还包括电源，用于使用时开启拉曼光谱信号检测单元或使用结束后关闭拉曼光谱信号检测单元。
52.近似平行光的激光由激光器1出射，经过二向分色镜2反射，再经过第一反射镜3反射后，被聚焦镜4耦合进入空芯光纤5中。激光激发空芯光纤5中气体产生拉曼散射光，拉曼散射光由空芯光纤5一端出射，经过聚焦镜4变为近似平行光，被第一反射镜3反射后，通过二向分色镜2，再被第二反射镜6反射至激光滤光片7。激光滤光片7会滤除掉激光与瑞利散射光，仅留下拉曼散射光。最终拉曼散射光进入拉曼光谱仪8与ccd9并被检测。
53.可选择的，所述数据处理单元为数据处理器10，所述数据处理器10通过数据传输线12与ccd9连接，ccd9检测到的拉曼散射信号会被传输到数据处理器10中，根据特征拉曼峰的频移与强度确定气体成分与含量，并结合相关规定对气体(六氟化硫)绝缘全封闭组合电器(gis)的运行状态进行评估，如果检测出故障，通过通信/报警单元进行报警，数据处理器10为计算机。
54.可选择的，所述通信/报警单元为自动报警器11，所述自动报警器11通过所述通信线14与所述数据处理器10连接，当数据处理器获得的信号超出注意值后，自动报警器11就会动作，进行报警。
55.参见图2，可选择的，所述气密法兰盘15包括气密法兰盘本体16、窗口镜17、压紧式密封垫18、压紧式密封圈19和螺纹钉20，其中：
56.所述气密法兰盘本体16通过所述螺纹钉20与gis设备连接，所述气密法兰盘本体16与gis设备连接处设置有所述压紧式密封垫18；
57.所述窗口镜17通过所述压紧式密封圈19设置于所述气密法兰盘本体16的中部；
58.所述空芯光纤5的一端与穿过所述气密法兰盘本体16后与所述窗口镜17连接，所述空芯光纤5的另一端穿入至gis设备内。
59.本实用新型使用时，过程如下：
60.a)gis设备内部的六氟化硫及其分解气体通过自由扩散经气密法兰盘15进入空芯光纤5纤芯；
61.b)打开拉曼光谱信号检测单元电源；
62.c)激光器1发出激光，经二向分色镜2、第一反射镜3反射，经聚焦镜聚4焦后进入空芯光纤5纤芯；
63.d)激光与混合气体在空芯光纤5中相关作用，产生的气体拉曼散射光沿原光路返回，穿过二向分色镜2、经激光滤光片7反射后进入拉曼光谱仪8，经拉曼光谱仪8分光后，被ccd9采集；
64.e)ccd9产生的数据传输至数据处理器10，数据处理器10对气体成分及含量进行分析并将分析结果经通信网络传到自动报警器11(安装在控制室内)；当气体超过计算机中设
定的阈值时，会触发自动报警装置；
65.f)关闭拉曼光谱信号检测单元电源。
66.本实用新型提供了一种gis设备分解气体光纤拉曼光谱检测装置，包括光纤取气单元、拉曼光谱信号检测单元、数据处理单元和通信/报警单元，本实用新型利用光纤取气单元连通gis设备与气体检测部分，利用光纤取气单元作为取气样品气室和传感元件，抗电磁干扰能力强，光纤取气单元可大大提高气体自由扩散进入光纤取气单元的速率，利用拉曼光谱信号检测单元获取气体拉曼光谱，光纤取气单元通过提高激光与气体有效作用路径长度、气体拉曼散射光收集效率，提高气体拉曼光谱检测灵敏度，根据特征拉曼峰的频移与强度确定气体成分与含量，并结合相关规定对气体(六氟化硫)绝缘全封闭组合电器(gis)的运行状态进行评估，如果检测出故障，通过通信/报警单元进行报警，本实用新型通过将光纤技术与拉曼光谱技术结合，使得该装置结构简单，检测时间短。
67.以上仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。